JP4343225B2 - Solar cells - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池セルに関するものであり、特に、電極の剥離の発生が防止された太陽電池セル関するものである。 The present invention relates to a solar battery cell, and more particularly to a solar battery cell in which the occurrence of electrode peeling is prevented.
太陽光発電は、無限のエネルギーである光エネルギーを用いて発電し、有害物質を排出しないクリーンな発電方法である。この太陽光発電には、太陽からの光エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発生する光電変換素子である太陽電池セルが用いられている。 Solar power generation is a clean power generation method that generates power using light energy, which is infinite energy, and does not emit harmful substances. In this solar power generation, solar cells that are photoelectric conversion elements that generate electric power by converting light energy from the sun into electrical energy are used.
従来、一般的に生産されている太陽電池セルにおける受光面の裏面の電極は、シリコン基板の裏面に銀ペーストおよびアルミニウムペーストをスクリーン印刷により印刷して、乾燥、焼成することにより形成される。ここで、シリコン基板の裏面のほぼ全面に形成されるアルミニウムは正電極としての役割を果たす。しかし、太陽電池モジュールを作製する際に、アルミニウムで形成されたアルミニウム電極には出力取り出し用のタブ線を直接はんだ付けすることができない。このため、出力取り出し用の電極として銀電極が、該銀電極とアルミニウム電極とが部分的に重なり合うようにシリコン基板の裏面に形成されている(たとえば、特許文献1、特許文献2参照)。 Conventionally, an electrode on the back surface of a light receiving surface in a generally produced solar battery cell is formed by printing a silver paste and an aluminum paste on the back surface of a silicon substrate by screen printing, and drying and baking. Here, aluminum formed on almost the entire back surface of the silicon substrate serves as a positive electrode. However, when producing a solar cell module, it is not possible to directly solder a tab wire for taking out an output to an aluminum electrode formed of aluminum. For this reason, a silver electrode is formed on the back surface of the silicon substrate as an output output electrode so that the silver electrode and the aluminum electrode partially overlap (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
このように太陽電池セルの基板の裏面では、高出力化のためのアルミニウム電極と出力取り出し用の銀電極とが、部分的に重なり合うように形成されている。そして、このアルミニウム電極と銀電極とが重なった部分では、シリコン基板のシリコン、アルミニウム電極のアルミニウム、銀電極の銀、の3種類の金属が一部合金化している。 Thus, on the back surface of the solar cell substrate, the aluminum electrode for increasing the output and the silver electrode for taking out the output are formed so as to partially overlap each other. And in the part which this aluminum electrode and the silver electrode overlapped, three types of metals, silicon of a silicon substrate, aluminum of an aluminum electrode, and silver of a silver electrode, are partially alloyed.
しかしながら、この重なり合った部分は、焼成時における急激な加熱および冷却において各部材の熱膨張率の差に起因して発生すると思われる応力により、非常に脆弱になっている。このため、焼成後、たとえばアルミニウム電極上に銀電極が重なっている場合には、この重なり合った部分において銀電極の角部が剥離する場合がある。 However, the overlapped portion is very fragile due to stress that is likely to occur due to the difference in thermal expansion coefficient of each member during rapid heating and cooling during firing. For this reason, after baking, when the silver electrode has overlapped on the aluminum electrode, for example, the corner | angular part of a silver electrode may peel in this overlapping part.
また、太陽電池セルのコストを低減するためには、原価比率の高いシリコン基板をより薄くする必要がある。しかしながら、単にシリコン基板の薄板化を図ると、薄板化したシリコン基板では、厚いシリコン基板の場合と比較して、シリコンとアルミニウムとの熱収縮率の差に起因したシリコン基板の反りが大きくなる。 Moreover, in order to reduce the cost of the solar battery cell, it is necessary to make the silicon substrate having a high cost ratio thinner. However, if the silicon substrate is simply thinned, the warp of the silicon substrate due to the difference in thermal shrinkage between silicon and aluminum is greater in the thinned silicon substrate than in the case of the thick silicon substrate.
このようにシリコン基板の反りが大きく生じた場合には、焼成後の製造工程において、シリコン基板の割れが発生して生産歩止まりが低下する、またはシリコン基板の割れにより製造自体が不可能になる、等の問題がある。 When the warpage of the silicon substrate is large as described above, in the manufacturing process after firing, the silicon substrate is cracked and the production yield is lowered, or the silicon substrate is cracked and the manufacturing itself is impossible. , Etc.
これらに対する対応策として、たとえばアルミニウムペーストの材料を見直し、電極材の熱収縮率を改善してシリコン基板の反りを抑制する方法が考えられる。しかしながら、単にアルミニウムペーストの材料を変更しても、組み合わせによっては、今度はアルミニウムと銀との熱収縮率の差からやはり銀電極の一部に剥離が生じる。 As countermeasures against these, for example, a method of reviewing the material of the aluminum paste and improving the thermal contraction rate of the electrode material to suppress the warpage of the silicon substrate can be considered. However, even if the material of the aluminum paste is simply changed, depending on the combination, peeling of a part of the silver electrode still occurs due to the difference in heat shrinkage between aluminum and silver.
この場合においても、銀電極の剥離の程度が激しい場合には、太陽電池セルの積み重ねによる該太陽電池セルの割れの発生や太陽電池セルの特性低下につながり、生産歩留まりが低下する、という問題がある。 Even in this case, when the degree of peeling of the silver electrode is severe, there is a problem that the yield of the solar battery cell is reduced due to stacking of the solar battery cells and the characteristics of the solar battery cell are reduced, and the production yield is reduced. is there.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電極の剥離が効果的に防止された太陽電池セルを得ることを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at obtaining the photovoltaic cell in which peeling of the electrode was prevented effectively.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池セルは、光電変換層と、光電変換層の一面側に形成される第一電極と、光電変換層の他面側に形成される第二電極と、光電変換層の他面側に、光電変換層の面内方向において、外縁部が第二電極と重なるとともにその角部を丸取り部として略四角形状に設けられ、第二電極から出力を取り出すための第三電極と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a solar battery cell according to the present invention includes a photoelectric conversion layer, a first electrode formed on one side of the photoelectric conversion layer, and the other side of the photoelectric conversion layer. In the in-plane direction of the photoelectric conversion layer, the outer edge overlaps with the second electrode, and the corner is rounded to provide a substantially rectangular shape on the other surface of the photoelectric conversion layer. And a third electrode for extracting output from the second electrode.
本発明にかかる太陽電池セルは、光電変換層と、光電変換層の一面側に形成される第一電極と、光電変換層の他面側に設けられる第二電極から出力を取り出すための第三電極と、を備えた太陽電池セルにおいて、第三電極をその外縁部が第二電極と重なるとともにその角部を丸取り部として略四角形状に設けることにより、第三電極の角部においても該第三電極と第二電極とを確実に接合することができるため、第三電極の剥離を効果的に防止した太陽電池セルを実現することができる、という効果を奏する。 The solar cell according to the present invention includes a photoelectric conversion layer, a first electrode formed on one surface side of the photoelectric conversion layer, and a third electrode for taking out an output from a second electrode provided on the other surface side of the photoelectric conversion layer. In the solar cell comprising the electrode, the outer edge of the third electrode overlaps with the second electrode, and the corners of the third electrode are rounded to provide a substantially rectangular shape. Since the third electrode and the second electrode can be reliably bonded, there is an effect that it is possible to realize a solar battery cell that effectively prevents the third electrode from peeling off.
また、本発明にかかる太陽電池セルは、太陽電池セルのコスト低減のためのシリコン基板の薄板化を図った場合でも従来のようにシリコン基板に多数の基板割れが発生することが無く、十分対応することが可能であり、使用可能な材料の種類の選択の自由度を大きくすることができる、という効果を奏する。 In addition, the solar cell according to the present invention is sufficiently compatible with the silicon substrate that does not generate many substrate cracks as in the past even when the silicon substrate is thinned to reduce the cost of the solar cell. It is possible to increase the degree of freedom in selecting the type of material that can be used.
そして、本実施の形態にかかる太陽電池セルは第三電極の角部分を丸取り部としているため、第三電極の面積が小さくなり、電極材料の使用量を削減することができる。これにより、本実施の形態にかかる太陽電池セルは、材料費の削減を図ることができ、安価な太陽電池セルを実現することができる、という効果を奏する。 And since the photovoltaic cell concerning this Embodiment uses the corner | angular part of a 3rd electrode as the rounding part, the area of a 3rd electrode becomes small and it can reduce the usage-amount of electrode material. Thereby, the photovoltaic cell concerning this Embodiment can aim at the reduction of material cost, and there exists an effect that an inexpensive photovoltaic cell can be implement | achieved.
10 半導体層部
11 シリコン基板
13 n型拡散層
13a n型拡散層
14 p+層
15 反射防止膜
17 アルミニウム電極
17a アルミニウムペースト層
19 裏面銀電極
19a 銀ペースト層
21 表面銀電極
21a 銀ペースト層
23 合金部
25 メッシュ
27 乳剤
31 裏面銀電極
33 合金部DESCRIPTION OF
以下に、本発明にかかる太陽電池セルの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述により限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下の図面においては、各図面間の縮尺および各部材間の縮尺は理解の容易のため実際とは異なる場合がある。 Hereinafter, embodiments of a solar battery cell according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the following drawings, the scale between the drawings and the scale between the members may be different from the actual ones for easy understanding.
実施の形態1.
図1−1〜図1−3は、本発明の実施の形態1にかかる太陽電池セルの概略構成を示す図であり、図1−1は実施の形態1にかかる太陽電池セルの概略構成を示す断面図である。また、図1−2は実施の形態1にかかる太陽電池セルの表面側(受光面側)の概略構成を示す平面図であり、図1−3は実施の形態1にかかる太陽電池セルの裏面側(受光面に相対する面側)の概略構成を示す平面図である。なお、図1−1は図1−3の線分A−Aにおける断面図である。Embodiment 1 FIG.
FIGS. 1-1 to 1-3 are diagrams illustrating a schematic configuration of the solar battery cell according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1-1 illustrates a schematic configuration of the solar battery cell according to the first embodiment. It is sectional drawing shown. Moreover, FIG. 1-2 is a top view which shows schematic structure of the surface side (light-receiving surface side) of the photovoltaic cell concerning Embodiment 1, and FIGS. 1-3 is the back surface of the photovoltaic cell concerning Embodiment 1. FIG. It is a top view which shows schematic structure of the side (surface side facing a light-receiving surface). In addition, FIG. 1-1 is sectional drawing in line segment AA of FIGS. 1-3.
本実施の形態にかかる太陽電池セルは、図1−1〜図1−3に示すように、半導体基板としてのp型シリコン基板であるp型層11と、該p型層11の表面の導電型が反転したn型拡散層13と、高濃度不純物を含んだp+層(BSF層:Back Surface Field)14と、からなる光電変換層である半導体層部10と、この半導体層部10の受光面に設けられて入射光の反射を防止する反射防止膜15と、この半導体層部10の受光面に略棒状に設けられた受光面電極部である表面銀電極21と、電力取り出しと入射光の反射を目的として半導体層部10の裏面のほぼ全面に設けられた裏面電極部であるアルミニウム電極17と、このアルミニウム電極17から電力を取り出すための取り出し電極部である裏面銀電極19と、を備えて構成されている。As shown in FIGS. 1-1 to 1-3, the solar cell according to the present embodiment includes a p-
このように構成された本実施の形態にかかる太陽電池セルでは、太陽光が太陽電池セルの受光面側(反射防止膜15側)から照射されて、内部のpn接合面(p型層11とn型拡散層13との接合面)に到達すると、このpn接合面において合体していたホールと電子が分離する。分離した電子はn型拡散層13に向かって移動する。一方、分離したホールはp+層14に向かって移動する。これにより、n型拡散層13とp+層14との間に、p+層14の電位が高くなるようにして電位差が発生する。その結果、n型拡散層13に接続した表面銀電極21がプラス極、n型拡散層13に接続したアルミニウム電極17がマイナス極となって、外部回路(図示せず)に電流が流れる。In the solar battery cell according to the present embodiment configured as described above, sunlight is irradiated from the light receiving surface side (
つぎに、本実施の形態にかかる太陽電池セルの特徴について説明する。図1−3および図1−4に示すように本実施の形態にかかる太陽電池セルでは、p+層14上においてアルミニウム電極17と裏面銀電極19とが部分的に重なっている。図1−4は図1−3の平面図における裏面銀電極19周辺を拡大して示す図であり、太陽電池セルの裏面に設けられたアルミニウム電極17と裏面銀電極19とが部分的に重なった部分を拡大して示す図である。また、図1−5は図1−1の断面図おける裏面銀電極19周辺を拡大して示す図であり、太陽電池セルの裏面に設けられたアルミニウム電極17と裏面銀電極19とが部分的に重なった領域Bおよび領域Cの周辺部を拡大して示す断面図である。Next, features of the solar battery cell according to the present embodiment will be described. As shown in FIGS. 1-3 and 1-4, in the solar cell according to the present embodiment, the
このアルミニウム電極17と裏面銀電極19とが部分的に重なっている領域Bおよび領域Cでは、シリコン基板のp+層14のシリコン、アルミニウム電極17のアルミニウム、裏面銀電極19の銀、の3種類の金属が一部合金化して図1−4および図1−5に示すように合金部23を形成している。なお、図1−1および図1−5においては領域Bおよび領域Cについて各金属(シリコン、アルミニウム、銀)の境界が明確となっているが、当然、この部分は一部合金化されているため、実際には、不明瞭となっている。In the region B and the region C where the
ここで、本実施の形態にかかる太陽電池セルでは、図1−3および図1−4に示すように裏面銀電極19がシリコン基板の面内方向において略略四角形(長方形)を呈する。そして、裏面銀電極19は略略四角形(長方形)の角部において曲線形状を呈する。詳細には、裏面銀電極19は略略四角形(長方形)の角部が丸取り部とされている。
Here, in the solar battery cell according to the present embodiment, as shown in FIGS. 1-3 and 1-4, the back
これにより、本実施の形態にかかる太陽電池セルでは、図1−5に示すようにアルミニウム電極17と裏面銀電極19とが部分的に重なった領域Bおよび領域Cにおいて合金部23が確実に形成され、裏面銀電極19の端部においても裏面銀電極19とアルミニウム電極17とが確実に接合されている。
Thereby, in the solar cell according to the present embodiment, as shown in FIG. 1-5, the
従来の太陽電池セルにおいては、裏面銀電極19の形状はシリコン基板の面内方向において略略四角形(長方形)を呈し、その略略四角形(長方形)の角部は、略直角とされている。そして、従来の太陽電池セルにおいても本実施の形態にかかる太陽電池セルと同様に、図2に示すようにアルミニウム電極17と裏面銀電極19とが部分的に重なった領域B’および領域C’を有する。
In the conventional solar battery cell, the shape of the back
このような太陽電池セルにおいては、この重なり合った部分は、製造途中の焼成時における急激な加熱工程および冷却工程で発生する、各部材の熱膨張率の差に起因して発生すると思われる応力により、非常に脆弱になっている。このため、焼成後、このアルミニウム電極17と裏面銀電極19とが部分的に重なった領域B’および領域C’においては、図2の領域C’に示すように裏面銀電極19の角部において裏面銀電極19がアルミニウム電極17から剥離する場合がある。そして、この応力は裏面銀電極19の鋭敏な角部に集中しやすい。すなわち、この応力の集中により裏面銀電極19の鋭敏な角部では合金部23が正常に形成されず、裏面銀電極19の剥離がその直角角部から生じる傾向にある。
In such a solar battery cell, this overlapping portion is caused by stress that is likely to occur due to the difference in thermal expansion coefficient of each member, which occurs in the rapid heating process and cooling process during firing during production. , Has become very vulnerable. Therefore, in the region B ′ and the region C ′ where the
そこで、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、裏面銀電極19の角部に応力が集中しないように裏面銀電極19の鋭敏な角部を無くすべく角部を丸取り部としている。これにより、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、裏面銀電極19の角部に集中する応力を緩和することができ、図1−5に示すようにアルミニウム電極17と裏面銀電極19とが部分的に重なった領域Bおよび領域Cにおいて合金部23が確実に形成され、アルミニウム電極17および裏面銀電極19間の接合力、アルミニウム電極17および裏面銀電極19の基板接合力が向上する。したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セルによれば、裏面銀電極19の角部においても裏面銀電極19とアルミニウム電極17とを確実に接合して裏面銀電極19の剥離を効果的に防止した太陽電池セルを実現することができる、という効果を奏する。
Therefore, in the solar cell according to the present embodiment, the corners are rounded so as to eliminate the sharp corners of the back
なお、丸取り寸法Rが合金部23の寸法より大きい場合には、アルミニウム電極17と裏面銀電極19との合金部を一部形成することができず、裏面銀電極19としては不適当である。したがって、図1−4に示すように、合金部23の寸法を決定する、アルミニウム電極17と裏面銀電極19とが裏面銀電極19の長辺方向において重なる部分の寸法L1、L3、およびアルミニウム電極17と裏面銀電極19とが裏面銀電極19の短辺方向において重なる部分の寸法L5、L7の値は、合金部23を確実に形成できるように決定する必要がある。さらに付け加えると、アルミニウム電極17と裏面銀電極19とは、後述するようにスクリーン印刷により形成するが、アルミニウムペーストおよび銀ペーストの印刷時の位置ずれも考慮に入れて上記寸法は決めるべきである。
When the rounding dimension R is larger than the dimension of the
また、従来の太陽電池セルにおいて、太陽電池セルのコスト低減のためにシリコン基板の薄板化を図った場合には、厚いシリコン基板を用いた場合と比較して、シリコンとアルミニウムとの熱収縮率の差に起因したシリコン基板の反りが大きくなる。そして、シリコン基板の反りが大きく生じた場合には、焼成後の製造工程において、シリコン基板の割れが発生して生産歩止まりが低下する、またはシリコン基板の割れにより製造自体が不可能になる、等の問題が発生する。 In addition, in the conventional solar cell, when the silicon substrate is made thin to reduce the cost of the solar cell, the thermal contraction rate between silicon and aluminum compared to the case where the thick silicon substrate is used. The warpage of the silicon substrate due to the difference is increased. And, when the warpage of the silicon substrate occurs greatly, in the manufacturing process after firing, the silicon substrate is cracked and the production yield is reduced, or the manufacturing itself is impossible due to the crack of the silicon substrate. Problems occur.
これらに対する対応策として、アルミニウム電極の材料を変更して電極材の熱収縮率を改善してシリコン基板の反りを抑制する場合においても、材料の組み合わせによってはアルミニウムと銀との熱収縮率の差から裏面銀電極の一部に剥離が生じる。そして、裏面銀電極の剥離の程度が激しい場合には、太陽電池セルの積み重ねによる該太陽電池セルの割れの発生や太陽電池セルの特性低下につながり、生産歩留まりが低下する、という問題を引き起こす。 As countermeasures against these, even when the material of the aluminum electrode is changed to improve the thermal contraction rate of the electrode material and suppress the warpage of the silicon substrate, the difference in thermal contraction rate between aluminum and silver depends on the combination of materials. From this, peeling occurs on a part of the back surface silver electrode. And when the degree of peeling of the back surface silver electrode is severe, it leads to the generation of cracks in the solar cells due to the stacking of the solar cells and the deterioration of the characteristics of the solar cells, leading to a problem that the production yield is reduced.
しかしながら、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、上述したようにシリコン基板の裏面に形成されるアルミニウム電極17および裏面銀電極19間の接合力、アルミニウム電極17および裏面銀電極19のシリコン基板との接合力を向上させ、裏面銀電極19の剥離またはアルミニウム電極17の剥離を効果的に防止することができる。これにより、アルミニウム電極17と裏面銀電極19との間の接合、アルミニウム電極17および裏面銀電極19の基板との接合を確実なものとすることができる。
However, in the solar cell according to the present embodiment, as described above, the bonding force between the
したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セルによれば、太陽電池セルのコスト低減のためのシリコン基板の薄板化を図った場合でも従来のようにシリコン基板に多数の基板割れが発生することが無く、十分対応することが可能であり、また、使用可能な銀ペーストの種類の選択の自由度を大きくすることができる、という効果を奏する。 Therefore, according to the solar cell according to the present embodiment, even when the silicon substrate is thinned to reduce the cost of the solar cell, many substrate cracks may occur in the silicon substrate as in the past. Therefore, it is possible to cope with the problem, and it is possible to increase the degree of freedom in selecting the type of silver paste that can be used.
さらに、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、従来の太陽電池セルにおいては裏面銀電極が存在するはずの鋭角な角部分を丸取り部としているため、裏面銀電極19の面積が小さくなり、裏面銀電極19に用いられる銀ペーストの量が削減されている。したがって本実施の形態にかかる太陽電池セルによれば、材料費の削減を図ることができ、安価な太陽電池セルを実現することができる、という効果も奏する。銀ペーストの具体的な削減効果については後述する。
Furthermore, in the solar cell according to the present embodiment, since the sharp corner portion where the back surface silver electrode should exist in the conventional solar cell is a rounded portion, the area of the back
つぎに、上記のように構成された本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法について説明する。本実施の形態にかかる太陽電池セルを製造するには、まず、図3−1に示すように、たとえば引き上げ法により製造されるp型の単結晶シリコンインゴット、または鋳造法により製造される多結晶シリコンインゴットからp型のシリコン基板11’をスライスする。そして、たとえば数wt%〜20wt%程度の苛性ソーダや炭酸苛性ソーダで10μm〜20μm程度の厚みだけエッチング除去し、スライスした際に発生するシリコン表面のダメージ層や汚染を取り除く。
Below, the manufacturing method of the photovoltaic cell concerning this Embodiment comprised as mentioned above is demonstrated. In order to manufacture the solar battery cell according to the present embodiment, first, as shown in FIG. 3-1, for example, a p-type single crystal silicon ingot manufactured by a pulling method, or a polycrystalline manufactured by a casting method. A p-
さらに、必要に応じて、塩酸と過酸化水素との混合溶液で洗浄し、基板表面に付着した鉄等の重金属類を除去する。その後、同様のアルカリ低濃度液にIPA(イソプロピルアルコール)を添加した溶液で異方性エッチングを行ない、たとえばシリコン(111)面が出るようにテクスチャーを形成する。 Further, if necessary, the substrate is washed with a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide to remove heavy metals such as iron adhering to the substrate surface. Thereafter, anisotropic etching is performed with a solution obtained by adding IPA (isopropyl alcohol) to a similar alkaline low concentration solution, and a texture is formed so that, for example, a silicon (111) surface is exposed.
ついで、pn接合を形成するためにn型拡散層13aを形成する。このn型拡散層13aの形成工程では、たとえばオシキ塩化リン(POCl3)を使用し、800℃〜900℃の窒素、酸素の混合ガス雰囲気中で拡散処理を施し、図3−2に示すようにリンを熱的に拡散させて導電型を反転させたn型拡散層13aをシリコン基板11’の全面に形成する。なお、このn型拡散層13aのシート抵抗はたとえば数十(30〜80〜Ω/□程度であり、n型拡散層13aの深さはたとえば0.3μm〜0.5μm程度である。Next, an n-
つぎに、また、受光面側のn型拡散層13aを保護するため、高分子レジストペーストをスクリーン印刷法で印刷・乾燥させてレジストを形成する。そして、たとえば20wt%水酸化カリウム溶液中へ数分間浸漬してシリコン基板11’の裏面や側面に形成されたn型拡散層13aを除去する。その後、レジストを有機溶剤で除去して、図3−3に示すようにn型拡散層13が表面(受光面)全面に形成されたシリコン基板11’を得る。
Next, in order to protect the n-
ついで、図3−4に示すようにシリコン酸化膜、シリコン窒化膜や酸化チタン膜などの反射防止膜15をn型拡散層13面に一様な厚みで形成する。反射防止膜15は、たとえば、シリコン酸化膜の場合にはプラズマCVD法でSiH4ガスおよびNH3ガスを原材料として、300℃以上の加熱温度で、減圧下で成膜形成する。屈折率はたとえば2.0〜2.2程度であり、反射防止膜15の最適な膜厚は70nm〜90nm程度である。Next, as shown in FIG. 3-4, an
つぎに、スクリーン印刷法を用いて、シリコン基板11’の裏面(受光面に相対する面)の全面に、図3−5に示すようにガラスを含むアルミニウムペーストを印刷・乾燥し、シリコン基板11’の裏面全面にアルミニウムペースト層17aを形成する。このアルミニウムペースト層17aにおいては、裏面銀電極19の形成部位に対応して開口が設けられている。アルミニウムペーストの塗布厚は、スクリーンマスクを形成する線径や、乳剤厚などで調整可能である。
Next, using a screen printing method, an aluminum paste containing glass is printed and dried on the entire back surface (surface opposite to the light receiving surface) of the
ついで、スクリーン印刷法を用いて、アルミニウム電極17が形成されたシリコン基板11’の裏面(受光面に相対する面)に図3−6に示すように裏面銀電極19用銀ペーストを印刷・乾燥し、銀ペースト層19aを形成する。このとき、銀ペースト層19aの形状は、図1−3に示すように角部が丸取り部とされた略四角形(長方形)とする。ここで、銀ペーストの印刷は、たとえば図3−7におよび図3−8に示すようにメッシュ25に対して乳剤27によりパターン形成したスクリーンマスクを用いて行うことができる。
Next, using a screen printing method, a silver paste for the back
さらに、スクリーン印刷法を用いて、反射防止膜15が形成されたシリコン基板11’の表面(受光面)に表面銀電極21用の銀ペースト印刷・乾燥し、図3−9に示すように銀ペースト層21aを形成する。銀ペーストの塗布厚も、スクリーンマスクを形成するメッシュの線径、乳剤厚などにより調整可能である。
Further, using a screen printing method, a silver paste for the
つぎに、電極形成のための焼成工程で、表裏電極用ペースト層を同時に600℃〜900℃で数分間〜十数分焼成する。シリコン基板11’の表面(受光面)側では、銀ペースト層が焼成されて図3−10に示すように表面銀電極21となるが、反射防止膜15が溶融している間に銀ペースト中に含まれているガラス材料で銀材料がシリコン基板11’のシリコンと接触し、再凝固する。これにより、表面銀電極21とシリコンの導通が確保される。このようなプロセスは一般にファイヤースルー法と呼ばれている。
Next, in the firing step for electrode formation, the front and back electrode paste layers are simultaneously fired at 600 ° C. to 900 ° C. for several minutes to ten and several minutes. On the surface (light-receiving surface) side of the
一方、シリコン基板11’の裏面(受光面に相対する面)側では、アルミニウムペースト層が焼成されて図3−10に示すようにアルミニウム電極17となり、銀ペースト層が焼成されて図3−10に示すように裏面銀電極19となる。ここで、アルミニウムペーストのアルミニウムがシリコン基板11’のシリコンと反応してアルミニウム電極17の直下にp+層14を形成する。この層は、一般にBSF(Back Surface Field)層と呼ばれ、太陽電池のエネルギー変換効率の向上に寄与するものである。そして、シリコン基板11’のうち、n型拡散層13とp+層14とに挟まれた領域がp型層11となる。On the other hand, on the back surface (surface opposite to the light receiving surface) of the
また、銀ペーストは、シリコン基板11’と直接接する箇所では、直接シリコン基板11’のシリコンと反応し、また、アルミニウムペーストと接触する箇所では、シリコン基板11’のシリコン、アルミニウムペースト(アルミニウム電極17)のアルミニウム、裏面銀電極19の銀の3種の金属が、一部、合金を形成する。以上の工程により、太陽電池セル製造プロセスによりセルは、完成する。なお、セル作製工程後のモジュール作製工程では、この銀電極3上に出力を外部へ取り出すための銅製のタブ線が配置される。
Further, the silver paste reacts directly with silicon on the
なお、上述した太陽電池セルは裏面銀電極の形状の変更だけで実現することが可能であり、既存の設備を変更することなく、裏面銀電極用の銀ペーストのスクリーン印刷時のマスク形状の変更だけで実現することができる。 The above-described solar cell can be realized only by changing the shape of the back surface silver electrode, and without changing the existing equipment, the mask shape can be changed during screen printing of the silver paste for the back surface silver electrode. Can only be realized.
つぎに、裏面銀電極の削減面積と銀ペーストの削減量について具体的な例を挙げて説明する。ここでは図4−1および図4−2に示すように、隣り合う裏面銀電極19が以下の条件で縦方向に2列に配列された太陽電池セルを構成した場合を例に説明する。
Next, the reduction area of the back surface silver electrode and the reduction amount of the silver paste will be described with specific examples. Here, as shown in FIG. 4A and FIG. 4B, an example will be described in which the back
・裏面銀電極19の長辺長さL1=9.8mm
・裏面銀電極19の短辺長さL5=7.8mm
・裏面銀電極列間の距離L9=75mm
・裏面銀電極列における両端の裏面銀電極19間の距離L11=135mm
・裏面銀電極列において隣り合う裏面銀電極19間の距離L13=22.5mm-Long side length L1 of the back
・ Short side length L5 of the back
・ Distance L9 = 75mm between backside silver electrode rows
-Distance L11 = 135mm between
-Distance L13 = 22.5 mm between adjacent
上記のような寸法の太陽電池セルにおいて、裏面銀電極19の丸取り部の曲率半径Rを1.0mm〜3.0mmまで0.5mm刻みで変化させたときの裏面銀電極19の削減面積と銀ペースト削減率を表1に示す。
In the solar cell having the dimensions as described above, the reduction area of the back
表1に示すように、裏面銀電極19の丸取り部の曲率半径Rを1.0mmから3.0mmまで大きくするにつれて裏面銀電極19の削減面積(mm2)は0.9mm2から7.7mm2まで増加している。そして、銀ペースト削減率(%)、すなわち銀ペーストの削減効果は、1.1%から10.1%まで増加している。これにより、本発明を適用することで裏面銀電極19用の銀ペースト量を削減することができ、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては材料費の削減を図ることができ、安価な太陽電池セルを実現することができる、といえる。As shown in Table 1, as the radius of curvature R of the rounded portion of the back
実施の形態2.
実施の形態2では、本発明にかかる太陽電池セルの他の形態について説明する。実施の形態2にかかる太陽電池セルの基本的な構成は上述した実施の形態1にかかる太陽電池セルと同様である。したがって、以下では実施の形態2にかかる太陽電池セルが実施の形態1にかかる太陽電池セルと異なる点について説明する。以下の図面においては、実施の形態1にかかる太陽電池セルと同様の部材については実施の形態1と同じ符号を付してある。Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment, another embodiment of the solar battery cell according to the present invention will be described. The basic configuration of the solar cell according to the second embodiment is the same as that of the solar cell according to the first embodiment described above. Therefore, the difference between the solar battery cell according to the second embodiment and the solar battery cell according to the first embodiment will be described below. In the following drawings, members similar to those of the solar battery cell according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment.
図5−1〜図5−3は、本発明の実施の形態2にかかる太陽電池セルの概略構成を示す図である。図5−1は図1−3に対応する図であり、実施の形態2にかかる太陽電池セルの裏面側(受光面に相対する面側)の概略構成を示す平面図である。また、図5−2は図1−4に対応する図であり、図5−1の平面図における裏面銀電極31周辺を拡大して示す図であり、太陽電池セルの裏面に設けられたアルミニウム電極17と裏面銀電極31とが部分的に重なった部分を拡大して示す図である。
5A to 5C are schematic diagrams illustrating the configuration of the solar battery cell according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5-1 is a diagram corresponding to FIG. 1-3, and is a plan view illustrating a schematic configuration of the back surface side (surface side facing the light receiving surface) of the solar cell according to the second embodiment. Moreover, FIG. 5-2 is a figure corresponding to FIGS. 1-4, is a figure which expands and shows the back
そして、図5−3は図1−5に対応する図であり、裏面銀電極31周辺を拡大して示す図であり、太陽電池セルの裏面に設けられたアルミニウム電極17と裏面銀電極31とが部分的に重なった領域Dおよび領域Eの周辺部を拡大して示す断面図である。なお、実施の形態1にかかる太陽電池セルの断面構造および太陽電池セルの受光面側(表面側)の概略構成は実施の形態1の場合と同様であるため、図1−1および図1−2を参照することとする。
And FIG. 5-3 is a figure corresponding to FIG. 1-5, is a figure which expands the back
ここで、本実施の形態における裏面銀電極31は実施の形態1における裏面銀電極19に対応するものであり、図5−1および図5−2に示すように角部が丸取り部ではなく面取り部とされている点が実施の形態1の場合と異なる。
Here, the back
ここで、本実施の形態にかかる太陽電池セルでは、図5−1および図5−2に示すように裏面銀電極31がシリコン基板の面内方向において略略四角形(長方形)を呈する。そして、裏面銀電極31は略略四角形(長方形)の角部が面取り部とされている。
Here, in the solar cell according to the present embodiment, as shown in FIGS. 5A and 5B, the back
そして、裏面銀電極の角部の形状が実施の形態1の場合とは異なるが、アルミニウム電極17と裏面銀電極31とが部分的に重なっている領域Dおよび領域Eでは、シリコン基板のp+層14のシリコン、アルミニウム電極17のアルミニウム、裏面銀電極31の銀、の3種類の金属が一部合金化して図5−2および図5−3に示すように合金部33を形成している。なお、図5−3においては領域Dおよび領域Eについて各金属(シリコン、アルミニウム、銀)の境界が明確となっているが、当然、この部分は一部合金化されているため、実際には、不明瞭となっている。In addition, although the shape of the corner of the back surface silver electrode is different from that in the first embodiment, in regions D and E where the
これにより、本実施の形態にかかる太陽電池セルでは、図5−3に示すようにアルミニウム電極17と裏面銀電極31とが部分的に重なった領域Dおよび領域Eにおいて合金部33が確実に形成され、裏面銀電極31の端部においても裏面銀電極31とアルミニウム電極17とが確実に接合されている。
Thereby, in the solar cell according to the present embodiment, the
本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、裏面銀電極31の角部に応力が集中しないように裏面銀電極31の鋭敏な角部を無くすべく角部を面取り部としている。これにより、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、裏面銀電極31の角部に集中する応力を緩和することができ、図5−3に示すようにアルミニウム電極17と裏面銀電極31とが部分的に重なった領域Dおよび領域Eにおいて合金部33が確実に形成され、アルミニウム電極17および裏面銀電極31間の接合力、アルミニウム電極17および裏面銀電極31の基板接合力が向上する。したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セルによれば、裏面銀電極19の角部においても裏面銀電極19とアルミニウム電極17とを確実に接合して裏面銀電極19の剥離を効果的に防止した太陽電池セルを実現することができる、という効果を奏する。
In the solar cell according to the present embodiment, the corners are chamfered so as to eliminate the sharp corners of the
なお、面取り寸法Cが合金部33の寸法より大きい場合には、アルミニウム電極17と裏面銀電極31との合金部を一部形成することができず、裏面銀電極31としては不適当である。したがって、図5−2に示すように、合金部33の寸法を決定する、アルミニウム電極17と裏面銀電極31とが裏面銀電極31の長辺方向において重なる部分の寸法L21、L23、およびアルミニウム電極17と裏面銀電極31とが裏面銀電極31の短辺方向において重なる部分の寸法L25、L27の値は、合金部33を確実に形成できるように決定する必要がある。さらに付け加えると、アルミニウム電極17と裏面銀電極31とは、後述するようにスクリーン印刷により形成するが、アルミニウムペーストおよび銀ペーストの印刷時の位置ずれも考慮に入れて上記寸法は決めるべきである。
In addition, when the chamfer dimension C is larger than the dimension of the
また、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいても上述したようにアルミニウム電極17と裏面銀電極31との間の接合、アルミニウム電極17および裏面銀電極31の基板との接合を確実なものとすることができる。したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいても、太陽電池セルのコスト低減のためのシリコン基板の薄板化を図った場合でも従来のようにシリコン基板に多数の基板割れが発生することが無く、十分対応することが可能であり、また、使用可能な銀ペーストの種類の選択の自由度を大きくすることができる、という効果を奏する。
Further, also in the solar battery cell according to the present embodiment, as described above, the bonding between the
さらに、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいても、従来の太陽電池セルにおいては裏面銀電極が存在するはずの鋭角な角部分を面取り部としているため、裏面銀電極の面積が小さくなり、裏面銀電極31に用いられる銀ペーストの量が削減されている。したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいても材料費の削減を図ることができ、安価な太陽電池セルを実現することができる、という効果を奏する。
Further, also in the solar cell according to the present embodiment, the conventional silver solar cell has a chamfered portion with a sharp corner where the back surface silver electrode should exist, and thus the area of the back surface silver electrode is reduced, and the back surface The amount of silver paste used for the
なお、本実施の形態にかかる太陽電池セルは、銀ペースト層をスクリーン印刷する際に図5−1に示すように角部が面取り部とされた略四角形(長方形)とすること以外は実施の形態1の場合と同様の工程で作製することができる。そして、本実施の形態にかかる太陽電池セルも、裏面銀電極の形状の変更だけで実現することが可能であり、既存の設備を変更することなく、裏面銀電極用の銀ペーストのスクリーン印刷時のマスク形状の変更だけで実現することができる。 In addition, the photovoltaic cell concerning this Embodiment is implemented except making it a substantially square (rectangle) by which the corner | angular part was made into a chamfer as shown in FIG. 5-1, when screen-printing a silver paste layer. It can be manufactured in the same process as in the case of Form 1. The solar battery cell according to the present embodiment can also be realized only by changing the shape of the back surface silver electrode, and at the time of screen printing of the silver paste for the back surface silver electrode without changing the existing equipment. This can be realized only by changing the mask shape.
つぎに、裏面銀電極の削減面積と銀ペーストの削減量について具体的な例を挙げて説明する。ここでは図6−1および図6−2に示すように、隣り合う裏面銀電極31が以下の条件で縦方向に2列に配列された太陽電池セルを構成した場合を例に説明する。
Next, the reduction area of the back surface silver electrode and the reduction amount of the silver paste will be described with specific examples. Here, as shown in FIG. 6A and FIG. 6B, an example will be described in which solar battery cells in which adjacent back
・裏面銀電極31の長辺長さL21=9.8mm
・裏面銀電極31の短辺長さL25=7.8mm
・裏面銀電極列間の距離L9=75mm
・裏面銀電極列における両端の裏面銀電極31間の距離L11=135mm
・裏面銀電極列において隣り合う裏面銀電極31間の距離L13=22.5mm・ Long side length L21 of the back
・ Short side length L25 of the back
・ Distance L9 = 75mm between backside silver electrode rows
-Distance L11 = 135mm between
-Distance L13 = 22.5 mm between adjacent back
上記のような寸法の太陽電池セルにおいて、裏面銀電極31の面取り部の面取り寸法Cを1.0mm〜3.0mmまで0.5mm刻みで変化させたときの裏面銀電極31の削減面積と銀ペースト削減率を表2に示す。
In the solar cell having the dimensions as described above, the reduction area and silver of the back
表2に示すように、裏面銀電極31の面取り部の面取り寸法Cを1.0mmから3.0mmまで大きくするにつれて裏面銀電極31の削減面積(mm2)は2.0mm2から18.0mm2まで増加している。そして、銀ペースト削減率(%)、すなわち銀ペーストの削減効果は、2.6%から23.5%まで増加している。これにより、本発明を適用することで裏面銀電極31用の銀ペースト量を削減することができ、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては材料費の削減を図ることができ、安価な太陽電池セルを実現することができる、といえる。As shown in Table 2, as the chamfered dimension C of the chamfered portion of the back
なお、実施の形態1および実施の形態2のいずれの場合も、より多くの銀ペーストの削減効果を得るためには、曲率半径または面取り寸法を大きく取る必要があるが、大きくとりすぎるとアルミニウムと銀との合金部を形成することができなくなる。実際の曲率半径または面取り寸法の選定に当たっては、アルミニウム電極および銀電極用のペーストの印刷時の位置ずれも考慮に入れて、確実に合金部が形成できるように曲率半径および面取り寸法を決める必要がある。 In both cases of Embodiment 1 and Embodiment 2, in order to obtain a reduction effect of more silver paste, it is necessary to increase the curvature radius or chamfer dimension, but if too large, aluminum and It becomes impossible to form an alloy part with silver. When selecting the actual radius of curvature or chamfer dimension, it is necessary to determine the radius of curvature and chamfer dimension so that the alloy part can be formed reliably, taking into account misalignment during printing of paste for aluminum and silver electrodes. is there.
また、上記の実施の形態1および実施の形態2にかかる太陽電池セルは本発明の実施の形態の一例であり、本発明は上記の記述により限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。 Moreover, the solar battery cell according to the first and second embodiments is an example of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited by the above description and does not depart from the gist of the present invention. The range can be changed as appropriate.
以上のように、本発明にかかる太陽電池セルは、アルミニウム電極と出力取り出し用の銀電極とが部分的に重なり合う構造の太陽電池セルに有用である。 As described above, the solar cell according to the present invention is useful for a solar cell having a structure in which an aluminum electrode and a silver electrode for output extraction partially overlap.
Claims (4)
前記光電変換層の一面側に設けられた第一電極と、
前記光電変換層の他面側に設けられた第二電極と、
前記光電変換層の他面側に、前記光電変換層の面内方向において、外縁部が前記第二電極と重なるとともにその角部を丸取り部として略四角形状に設けられ、前記第二電極から出力を取り出すための第三電極と、
を備えることを特徴とする太陽電池セル。A photoelectric conversion layer;
A first electrode provided on one side of the photoelectric conversion layer;
A second electrode provided on the other surface side of the photoelectric conversion layer;
On the other surface side of the photoelectric conversion layer, in the in-plane direction of the photoelectric conversion layer, an outer edge portion is overlapped with the second electrode and a corner portion thereof is provided in a substantially rectangular shape as a rounded portion. A third electrode for extracting the output;
A solar battery cell comprising:
前記第三電極が、銀電極であること、
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池セル。The second electrode is an aluminum electrode;
The third electrode is a silver electrode;
The solar battery cell according to claim 1.
前記光電変換層の一面側に設けられた第一電極と、
前記光電変換層の他面側に設けられた第二電極と、
前記光電変換層の他面側に、前記光電変換層の面内方向において、外縁部が前記第二電極と重なるとともにその角部を面取り部として略四角形状に設けられ、前記第二電極から出力を取り出すための第三電極と、
を備えることを特徴とする太陽電池セル。A photoelectric conversion layer;
A first electrode provided on one side of the photoelectric conversion layer;
A second electrode provided on the other surface side of the photoelectric conversion layer;
On the other surface side of the photoelectric conversion layer, in the in-plane direction of the photoelectric conversion layer, an outer edge portion is overlapped with the second electrode and a corner portion thereof is provided in a substantially rectangular shape as a chamfered portion, and is output from the second electrode. A third electrode for taking out
A solar battery cell comprising:
前記第三電極が、銀電極であること、
を特徴とする請求項3に記載の太陽電池セル。The second electrode is an aluminum electrode;
The third electrode is a silver electrode;
The solar battery cell according to claim 3.
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